岩层移动角预测的粗糙集-BP神经网络模型

岩层移动角是金属矿山开采表征地表移动规律的重要参数之一。为克服理论计算法和数值分析法在力学模型匹配、参数选择、边界条件设置等方面存在的问题并改进岩层移动角预测方法,首先在分析BP神经网络、粗糙集基本原理的基础上,将两者进行有机结合,构建了粗糙集-BP神经网络模型,该模型将粗糙集作为前端处理器对具有模糊性、不确定性和不完整性的信息进行预处理,将BP神经网络作为核心建立输入、输出间的映射关系;然后通过对34组实测岩层移动样本数据进行学习训练和测试,构建了包含下盘岩性、上盘岩石普氏系数、矿体倾角、矿体厚度、开采深度、采矿方法等6个因素的粗糙集-BP神经网络岩层移动角预测模型,并对永平铜矿露天转地下开采岩层移动角进行了预测。结果表明:该矿山总体岩层移动角的预测值分别为上盘62°,下盘68°,走向73°,预测结果与工程类比法、数值模拟法等传统方法接近。所提方法由于可科学选择变量、简化网络结构以及具有提高容错抗干扰和分类的能力,相对于传统预测方法而言,具有一定的优势,有助于提高矿山开采岩层移动角的预测精度。     

基于钻进参数聚类的含煤地层岩性模糊识别

通过钻进参数进行煤矿巷道围岩特征描述可为煤矿安全绿色开采提供地质信息保障。针对煤矿井下坑道钻探中随钻地层岩性识别难度大、精度低的问题,提出了一种基于钻进参数核模糊C均值聚类(Kernel Fuzzy C-means,KFCM)算法的含煤地层岩性模糊识别方法。结合钻进试验台上开展的模拟岩样钻进试验,获得了包括钻速、转速和钻压等敏感钻进参数的训练样本,利用KFCM算法对获取的钻进参数训练样本进行学习,构造钻进参数样本空间并映射到高维空间进行聚类处理。建立了以典型含煤地层分类为目标的聚类模型,采用高斯核函数分别确定了软弱夹层、煤层和泥岩层的分布结构以及对应的聚类中心。其中,对比线性核函数,高斯核函数在垂向上的分类效果符合沉积岩构造的特征,且聚类时间节约了7.2%。进一步基于钻进参数的聚类结果,将钻速作为衡量各类岩石钻进性能的关键参数,通过分析钻进参数数据集的变化规律,建立了钻速与转速、钻压幂函数表达形式的地层岩性预测模型,采用数据插值拟合方法完成了典型软弱夹层、煤层和泥岩层的空间划分。并应用模糊数学方法通过构建钻速的分段三角形隶属度函数,得出样本地层钻速对典型含煤地层钻速的隶属度公式,根据隶属度公式将地层岩性划分为5个级别,实现了对样本地层岩性的模糊识别。在实钻试验中,对提出的模糊识别方法的有效性进行了验证。结果表明,该方法能够在PDC锚杆钻头回转钻进条件下快速识别典型含煤地层岩性,识别的正确率为92%,研究结果为实现煤矿井下巷道隐蔽致灾因素动态智能探测提供了借鉴。     

煤巷顶板岩层结构的探测与确定

通过对煤巷顶板的岩层结构失稳的理论分析,得出岩层的力学性质、位置、厚度以及厚跨比是影响岩层结构失稳破坏的主要因素;利用中国矿业大学开发的冒顶隐患探测仪,对钻速、转速、推力进行同步、连续、密集监测、记录,来推断钻孔所在点巷道顶板不同位置的煤层顶板岩性及岩层结构。工程实践表明:利用冒顶隐患探测仪识别的岩层岩性及其结构与岩芯实测值具有较好的吻合性,符合率达到了95.14%,识别效果相当好。     

采空区瓦斯抽放方法分析

分析了高抽巷的布置方式:应布置岩性相对稳定,裂隙带的中、下部位置,且岩层硬度不是很大,便于施工的位置;提出了高抽巷抽放控制方法。确定了高位钻场的钻孔倾角、封孔长度、钻场间距及有效抽放时间等参数,并明确了钻孔失效的瓦斯浓度判定方法。     

基于组合预测模型的露天矿高陡边坡滑坡变形研究

随着露天矿山开采规模及深度的不断扩大,致使矿山边坡变陡、变高,而形成高陡边坡,但由于地质条件以及矿山施工等因素的影响,高陡边坡经常发生崩塌、滑坡等比较严重的地质灾害。因此,为加强对露天矿山高陡边坡的变形预测,应及时研究滑坡的变化趋势,开展滑坡预警,指导矿山生产,保障人民的生命财产安全。建立了一种能够更加有效地反映出变形体变化趋势的组合预测模型,并介绍了其建模思想及计算方法,在此基础上,依据某高陡边坡实际监测数据,将其预测结果与独立预测模型的预测结果进行分析比较,结果显示,其精度要优于独立预测模型的精度,且可靠性更高,具有较强的适用性。     

利用数值模拟软件进行地表移动预计

利用数值模拟软件UDEC建立模型,根据已知的地表沉陷数据,采用位移反分析法确定岩层岩性参数,预测未来工作面开采后的地表移动变化.     

SPSS软件在钻孔弯曲规律预测中的应用研究

随着定向钻进技术应用越来越广泛，钻孔轨迹的控制技术变得尤为重要。为了研究钻孔自然弯曲规律，找到顶角和方位角的变化趋势，进而预测待钻钻孔轨迹的变化，使用SPSS软件对安徽省一号矿区的钻孔测斜数据进行多元方程回归统计分析。在考虑孔深、开孔点空间位置信息（x、y、z坐标）对顶角和方位角影响的基础上，建立了四元八次多项式回归方程，并采用均角全距法，将回归拟合的钻孔轴线空间位置与实际钻孔空间位置进行对比。结果表明：将钻孔原始数据进行线性处理后，用四元八次多项式进行回归，能得到较好的效果，若按照钻孔所处地层产状的不同进行分类后进行回归，拟合程度将进一步提高。利用拟合度高的回归方程，能用来预测未开孔地区的钻孔自然弯曲轨迹，对工程施工控制钻孔轨迹也起到了良好的作用，能更好指导工程的施工。     

露天矿最终边坡角的BP神经网络预测及数值模拟验证

利用专家调查表的方式分析露天矿山边坡稳定性的主要影响因素,确定网络模型的输入层神经元。研究BP神经网络的结构和输出方式,对神经网络模型进行优化,并收集大量矿山稳定边坡的相关参数作为样本库,建立神经网络预测模型,将该模型用于某大型深凹露天矿山最终边坡角的预测。根据预测边坡角参数,采用SURPAC—MIDAS—FLAC3D多软件组合的方式,创建逼真的矿山边坡稳定性三维数值计算模型并进行模拟分析,结果表明,模型预测的边坡角满足设计要求。     

金堆城露天矿穿孔作业危险性分析

随着数字化矿山的普及,数字化穿孔作业在国内部分大型矿山已经得到了实现,但是由于露天矿山生产一直以来都是高危险性行业,且基于矿山穿孔作业恶劣的作业环境,故有必要对其进行危险性分析。由于穿孔作业危险性复杂多样,故采用预先危险性分析和改进的作业条件危险性评价方法（PHA-MES）对金堆城数字化穿孔作业进行危险性评价,得出了数字化穿孔作业过程中各个危险源及其危险程度,进而提出了相应的控制措施。通过对金堆城露天钼矿数字化穿孔作业的实例分析表明,利用PHA-MES法,能够深入、全面、客观的分析系统中的危险因素,对露天矿山数字化穿孔作业的危险源管控提供了参考。     

瞬变电磁法在响水河地区找矿中的应用

通过开展瞬变电磁测量及相应的数据处理，建立了黑龙江响水河地区-350~-600 m视电阻率与不同岩性的对应关系，根据该地区岩性视电阻率的差异，划分了4个构造断裂带。根据围岩和矿石视电阻率差异大于两个数量级的关系，判断出矿石分布的空间位置，结合深钻孔实际验证，见矿率达到了75%，大大提高了矿山资源勘探效率。瞬变     

露天-井工联合开采下关键层模型的应用

依据先露采后井工联合开采的特点,确定煤层顶板中某一坚硬的岩层为关键层,并将关键层看作弹性地基上的梁,利用组合梁原理计算关键层梁的上部荷载,通过对关键层梁应力和变形的计算,得到其关键岩梁断裂在下部煤层中的应力分布规律,提出以边坡下巷道稳定为判断准则,确定井工开采工作面合理的停采线位置。利用该方法成功地解决了平朔矿区边坡下大巷稳定的问题。     

边界单元法在露天矿边坡疏干排水工程中的应用

该文首先讨论了边界无法处理渗流问题的计算原理,针对露天矿山边坡裂隙岩体的渗透特性,建立二维渗流模型,采用边界元数值方法模拟分析各向异性岩体地下水在排水孔疏于过程中的渗流场分布特征,并应用于露天矿现场实例之中。     

Safety analysis of stability of surface gas drainage boreholes above goaf areas

As longwall caving mining method prevails rapidly in China coal mines, amount of gas emission from longwall faces and goaf area increased significantly. Using traditional gas drainage methods, such as drilling upward holes to roof strata in tailgate or drilling inseam and cross-measure boreholes, could not meet methane drainage requirements in a gassy mine. The alternative is to drill boreholes from surface down to the Iongwall goaf area to drain the gas out. As soon as a coal seam is extracted out, the upper rock strata above the goaf start to collapse or become fractured depending upon the rock characteristics and the height above the coal seam. During overlying rock strata being fractured, boreholes in the area may be damaged due to ground movement after the passage of the Iongwall face. The sudden damage of a borehole may cause a Iongwall production halt or even a serious mine accident. A theoretical calculation of the stability of surface boreholes in mining affected area is introduced along with an example of determination of borehole and casing diameters is given for demonstration. By using this method for the drilling design, the damage of surface boreholes caused by excessive mining induced displacement can be effectively reduced if not totally avoided. Borehole and casing diameters as well as characteristics of filling materials can be determined using the proposed method by calculating the horizontal movement and vertical stain at different borehole depths.     

基于岩体质量评价与分区的露天矿岩质边坡生态重建技术

露天矿岩质边坡生态恢复与重建是绿色矿山建设的重要组成部分,开展露天矿岩质边坡生态重建技术研究,对于实现我国绿色矿山建设具有重要的推动作用,岩质边坡极端恶劣的立地条件制约了该项工作的顺利开展。以研山铁矿东帮边坡为研究对象,在详细分析该边坡地层分布特征、岩性、结构面产状及风化程度的基础上,采用三维激光扫描技术,构建东帮边坡DTM模型,在三维激光扫描结果与地质平面图对比分析的基础上,将东帮边坡划分为北、中、南3个区域;根据岩石力学试验结果,结合各区域岩体结构面空间几何信息,采用BQ分类法对上述各区域岩体质量进行评价,结果为:北、中、南区岩体质量等级分别为Ⅳ级、III级和II级,以矿区公路为同区上、下半区的分界线,下半区岩体质量好于上半区;根据边坡岩体质量分级结果,在不同区域采用与该区域岩体质量等级及节理、裂隙发育情况相适应的生态重建方案,其中,北区上、下半区分别采用客土喷播技术和厚层基材喷播技术,且下半区喷播基材中的黏结剂和团粒剂含量高于上半区,中区上、下半区均采用以铁尾矿为基质的人工土壤喷播技术,南区上、下半区均采用爆破燕窝、植生孔与高保水绿化喷播相结合的岩质边坡生态重建技术方案;边坡平台在前期采用林地、草地相结合的生态重建技术,待平台上土壤熟化后,采用林地、中药种植地相结合的生态重建技术;根据边坡最终境界与新河的相对位置关系,采用疏干排水的方式降低地下水对边坡稳定性影响的同时,设计了边坡生态重建所需的滴灌系统。研究成果为露天矿岩质边坡生态重建技术方案选取提供了新思路。     

英格库勒三井田地层及煤层特征

介绍了英格库勒二井田的区域地层、构造、岩浆岩概况。着重分析了井田内地层岩性、地层厚度及可采煤层特征,并通过对地层及构造类型的分析,阐述了井田内地层及煤层特征。     

基于HGSVMA的露天矿卡车行程时间动态预测研究

针对露天矿卡车在车流规划中的行驶时间预测问题,提出一种基于遗传算法优化SVM参数方法,并考虑卡车状态、速度、载重量以及路面类型、坡度等9个影响因子,构建了基于HGSVMA的露天矿卡车行程时间预测模型。实验选取某大型露天矿卡车调度系统所采集的卡车行程时间进行仿真模拟,并将HGSVMA模型与GS-SVM、PSO-SVM和GA-SVM模型的预测结果进行对比,结果表明,HGSVMA模型预测效果最好,对提高露天矿卡车行程时间预测具有良好的应用前景。     

顾桥煤矿顶板复杂地层高位定向钻孔技术

针对顾桥煤矿顶板复杂地层中施工高位定向钻孔时存在的目标层较薄、成孔困难的问题,选配了合理钻具,通过地层探查定向钻孔确定了顶板复杂地层结构及地层信息进而优化了定向钻孔目标层位置,总结了复杂地层中定向钻孔轨迹控制经验,最终在顾桥矿顶板复杂地层中成功施工了7个孔深500 m以上的高位定向钻孔,提高了复杂地层中高位定向钻孔成孔率,有利于高位定向钻孔抽采瓦斯技术在复杂地层中的推广应用。     

钻孔应力分布特征及卸压增透技术的数值模拟

对钻孔的应力分布进行了系统研究,采用FLAC3D软件建立三维模型,综合考虑巷道和钻孔的共同影响,分析了不同原岩应力、钻孔深度、钻孔直径及钻孔数目条件下钻孔围岩的应力分布情况,并对水平多孔随钻孔间距变化的应力分布规律进行分析.采用卸压增透技术消除多孔间的应力集中区,对煤体进行卸压增透,消除突出危险性,最后利用数值模拟和现场工业性试验对效果进行验证.     

露天矿计划阶段内离散块体物料运距预测算法

矿岩运距是衡量露天矿山卡车运输经济性的重要指标之一,但多年因受运输系统复杂、多变等多种综合因素限制,在进度计划编制期间进行逐条带的运距计算问题一直并未得到有效解决。特别是需要进行离散化的物料规划时,传统逐阶段的运距量测方法无法对离散块体进行逐个推估。因此,为有效解决计划阶段内离散块体物料运距计算问题,根据露天矿外排土场出入口选址及排土运输干线相对固定等空间特征,将非线性预测理论、因子分析法等技术方法应用于实际的矿山优化问题中,研究了排土场计划阶段内块体运距波动变化的主要控制因素;结合外排土场内运距波动变化的影响要素,提出了采用加权最小二乘支持向量机技术(WLS-SVM)拟合非线性运距曲线的预测算法,并对权向量、核参数等主观经验指标进行了动态修正,以实现对计划阶段内(两阶段工程位置间的)离散块体物料过程运距的时变预测;最终,利用拟合出的时变曲线,实现两连续工程位置间逐个物料块体运距的高效计算。实验结果表明:预测算法的误差期望分别为:训练集0. 93 m,测试集0. 84 m,且在实验中表现出模型精度易受样本规模影响的特性,且当样本规模N90时,可控制绝对误差水平稳定在0. 8%～1. 2%。结论表明:试图应用非线性预测理论处理计划阶段内缺乏时变路网条件的运距预测问题是可行的,提出的算法模型对解决计划阶段内的逐块体运距赋值问题具有现实有效性。常规的露天矿山运输优化问题其优化目标和特征参数之间往往存在紧密耦合关系,无法直接应用特定的优化、规划模型进行计算求解,尝试采用全新的解耦思想和求解思路对于有效解决露天矿山运输优化问题是十分有益的,也应该是今后露天矿山系统工程学科研究的热点问题之一。     

基于进化算法MOEA/D-AU的露天矿多金属多目标智能配矿研究

针对露天矿的多金属多目标配矿问题,提出了基于多目标进化算法的配矿优化方法。根据矿山实际情况,以生产成本、矿石品位偏差和矿石岩性配比偏差最小为优化目标建立了露天矿配矿优化模型;在基于分解的多目标进化算法（MOEA/D）的基础上,对算法的更新过程进行了改进,利用种群与权重向量之间的空间位置关系提出了基于角度的更新策略,使算法在求解多目标问题时更好地平衡种群的多样性与收敛性;由于对选矿因素考虑不充分,无法有效提高矿石的综合回收率,本文建立了融合氧化率及有害物质参数的综合回收率随机森林预测模型,通过预测模型对算法得到的多组配矿结果进行筛选,获得一组更加贴合矿山实际情况的配矿计划。最后以国内某大型钼钨铜矿为例进行仿真实验,实验结果表明：该配矿计划在解决多金属多目标配矿问题时能够有效提高矿石综合利用率和企业经济效益。